第４２報で紹介した５２号機は簡単LEGOスピーカーシリーズの一つで、FOSTEXの6.5cm、8cm、10cmの３種類のフルレンジユニットで３セットを製作した。このシリーズはキューブエンクロージャの前後に、スピーカーユニットを長い貫通ボルトで固定して組み立てることで製作を容易にしている。パッシブラジエーター方式を採用し、背面の音場改善のための高音域放射も特徴である。
　ところで、このシリーズの音の傾向はとても明るい軽快な音であることだ。スピーカーユニットのキャラクターとも異なる明らかな音調の共通性がある。
この理由はなんなのだろうか？・・・

　それは・・・４本のボルトで強く締められたエンクロージャの影響ではないかと考えている。スピーカーユニットの背圧はきわめて大きく、これによるエンクロージャの振動を押さえ込むことは、分厚いコンクリート製でもなければ困難である。したがって、エンクロージャからの輻射は意外に大きいと思うのだ。
　不要な振動を嫌ってエンクロージャの強化をするが、完全な対策が困難ならば、むしろ好ましい音で自然に鳴らしてやるのも方法である。実際にそのような指向のスピーカーシステムも市販品には多い。あえて薄い板でエンクロージャを構成して楽器のように鳴らすのである。
　ところで、弦楽器のすべては弦の強く張られたテンションで胴体が緊張状態にある。実は、この緊張状態が美しく響くためには必要なことなのではないか？　おそらく、緊張状態（内部応力の大きな状態）では胴体の音速が早まり、自己共振動作が澄んだきれいな高音になると想像する。これが美しく響く楽器のメカニズムではないか？　つまり、スピーカーのエンクロージャも緊張状態にすることで音質改善ができるのではないかと仮定したのである。今回の５５号機はこのハイテンション・エンクロージャの実験機なのである。
　・・・５５号機の研究・開発は５６号機も巻き込んで、その後半年間にもおよぶ壮大なシステムスピーカーに発展することになるとは思ってもいなかった・・・。

　本機で使用するスピーカーユニットには５４号機でも採用したDigiFi 19号に付属していた8cmフルレンジユニットを再度使用する。このスピーカーユニットは黒いグラスファイバーコーンが精悍なデザインで音質も大変気に入っており、ぜひフルレンジユニットとしても使って見たかったのだ。
　グラスファイバーコーンといえば４８号機でも使用したVifaのユニットを思い出すが、これも高音質なユニットであった。グラスファイバーコーンは内部損失が適度にあって良質なスピーカーユニットだと感じる。
　図１に５５号機の構造図を示す。シンプルな内容積１リットル程度のミニバスレフエンクロージャで、スポンジボールを１個挿入したエアサス・バスレフ方式。５４号機からつながるスリムなコーナーカットデザイン。下端のバスレフダクトが意匠の特徴である。
　ダクト長は8cmでバスレフ周波数は90Hzとした。異彩を放つのが４隅の長いM4貫通ボルトである。このボルトのリアパネル側の蝶ネジを締めることでエンクロージャに加わるテンションを調整できる。トルク管理をすることは困難だが、おおよその手加減で調整したい。構造強度の弱い薄型１ピッチフレームもこの貫通ボルトで締めつけることで強靭なエンクロージャにできるという効果もある。
　本機の研究目的は、このボルトを締めない、強く締めるといった状態変化で、
　（１）音質に変化が生じるか？
　（２）その変化はどちらの場合が最良か？
　（３）音質の変化を測定できるか？
　（４）最良状態を維持できるか？（経時変化）
　を検証することなのである。

＜５５号機　基本仕様＞
・　形式：ハイテンション・エンクロージャバスレフスピーカーシステム
・　方式：エアサス・バスレフ方式
・　組み立て方法：ホリゾンタルタイプ（水平組み立て）
・　使用ユニット： DigiFi 19　8cmグラスファイバーコーンフルレンジ
・　外形寸法：W96mm　H176mm　D118.4mm（ターミナル部除く）
・　実効内容積：約1リットル
・　バスレフダクト長：8cm
・　バスレフ共振周波数：90Hz
・　内蔵ボール：PS-2289　1個（7cmφスポンジ）
・　システムインピーダンス：8Ω

　５５号機の全部品を写真３に示す。シンプルな構造なので部品点数は少ない。
写真４にバッフルパネルを示す。スリムタイプフレームなのでスピーカーユニット部分のサイドが8mmしかなく、強度が低いがスピーカーユニットの固定とフレームに取り付ければ強度は改善されるだろう。４つのコーナーにはM4ボルトを通す穴が開いている。
５４号機との共通デザインだが、タイルブロックに加工してボルト穴を開けた。
バスレフポートは32×8mmで、５４号機の半分のサイズ。開口にはスロープを付けて風切り音を低減する。良く見ると新採用の薄型エンブレムもスロープブロックでデザインされている。
　同様にリアパネル（写真５）にも４コーナーに穴を開け、裏面には１枚板プレートを付ける等、密閉性向上の工夫をしている。５４号機とおそろいのウッド調スリムフレームにはお約束のマスキングテープを貼る（写真６）。

　写真７はバスレフダクト、写真８はDigiFi 19付属の8cmフルレンジスピーカーユニットである。写真９はその他の部品であるが、配線ケーブル、ターミナル、ネジ類、エアサス・バスレフ方式のスポンジボールと今回のキーパーツ、エンクロージャにテンションを与える長い貫通ボルトには熱収縮チューブを被せている。これは振動によるボルト鳴き防止対策である。

　組み立て。まずはスピーカーユニットを固定してバッフルパネルを組み立てる（写真１０、１１）。次にバッフルパネルにフレームを取り付ける（写真１２、１３）。

　バスレフダクトを内部床面に取り付け、中にスポンジボールを入れる（写真１４、１５）。
リアパネルにターミナルを取り付け（写真１６、１７）、配線してフタをする（写真１８）。
この写真ではスポンジボールは入れてあるだけだが、実際はスピーカーユニットのマグネットとバスレフダクトの間に挟み込んで固定した。これはボールが踊ってしまうのを防止するためと、バスレフダクトの制振効果が目的である。

　最後に４隅の穴に貫通ボルト４本を通して組み立て完了である。（写真１９）
前面には黒ワッシャ、背面には大きめのワッシャをかませて穴の隙間を塞ぐ。
裏面の蝶ナットを締めることでエンクロージャに加わるテンション力を調節することができる。ボルトの先端はそのままでは危険なので、樹脂製の袋ナットを付けた。小さな気配りが使い心地に影響するのだ。（写真２０）

　組み立ての完了した５５号機の外観は４隅のボルトがデザインのアクセントになり、ヘビーデューティーなPA機のような、なかなかカッコ良いモデルになった。大きさも手頃なコンパクトサイズで、8cmフルレンジユニット搭載スピーカーとしてまとまりが良い。
さあ、音はどうだろうか？（写真２１、２２）

　５５号機の研究目的はテンションボルトを用いて、エンクロージャに締めつけ応力を与えて音質に変化が生じるか？　を検証することである。
実際にボルトを締めつけて試聴を行ったところ、従来の私が製作してきたLEGOスピーカーとは異なる音が出てきた。何と言うか、とてもしっかりとした音なのだ。
　これまでLEGOスピーカーの音調はソフト＆マイルドな音を感じていた。もちろん悪い音ではない。エンクロージャの内部損失が大きいことから不要な筐体振動が生じず、スピーカーユニットからのダイレクトな音を楽しめると考えていた。だが、どうもエンクロージャに変形が起こりアタックレスポンスは低下していたのかもしれない。
５５号機の音はコンパクトな外形に似合わずにとてもパワフルでダイナミックな音である。ボルトを緩めて聴くと音調は聴き慣れたLEGOスピーカーの音になって行く。
　これはとても面白い。音質変化は確実に有る。しかし、強く締めすぎると明らかに歪み感が増してしまう。筐体振動が強くなり高音の不要放射を生じるのだと推測する。
したがって、適度な締めつけトルクが最適と言えるだろう。しかし、この変化はとても微妙だ。はたして測定結果に反映できるのだろうか？

　ボルトを締めない（loose）、締める（tight）の２種類で測定を行った。
まずはインピーダンス測定結果を図２、３に示す。測定誤差とも思えるわずかな変化であるが、looseよりもtightの方がバスレフ共振動作は強まり、インピーダンスピークの山の形がつぶされたように見える。この現象を考察する。
ボルトの締めつけにより以下の変化があったのではないか？
　（１）バッフルパネル、リアパネルの密着性が高まり、より密閉したエンクロージャとなり、バスレフ効果の増加によりインピーダンスピークのダンプが生じた
　（２）フレームの変形が抑制され、バスレフダクトの駆動力が高まり、ピークダンプが増加した
　インピーダンスカーブからは中高音域の音質変化は見ることはできない。おそらく、エンクロージャの振動モードが変化しているはずであるが、この影響はインピーダンス特性への反映は少ないのであろう。この測定は連続してインピーダンスを測定しながらボルトを締め、緩めしながら行い、変化の再現性を確認している。確実に変化はあるのだ。

　周波数特性を測定した。（図４）
tightではわずかな違いではあるが、バスレフ効率が向上したためか低音域が延びている。
中高音域では赤ラインのlooseと比較して少しレスポンスが下がっている。これはエンクロージャの筐体振動が減少して不要な輻射が低下したのではないかと考えられる。

　スピーカーのエンクロージャは強度が重要であるが、あえて楽器のように鳴らして音作りをするシステムも存在する。設計思想が異なるのだ。LEGOスピーカーのエンクロージャは決して強固ではない。内部損失が大きく、いやな音で鳴らないのが利点であった。
今回のハイテンション・エンクロージャは内部応力の音質に与える影響を知りたくて研究機を造ったのだが、結局強度の高いエンクロージャを造ることになった。
　ボルトの調整でこのようなエンクロージャ強度による音の違いを楽しめることも面白いが、やはり強固なエンクロージャは良い。この貫通ボルト構造で強固なエンクロージャをLEGOブロックで製作できたということが今回の最大の収穫である。
　手に乗るミニスピーカーから大型システムのダイナミックな音を出すという目標にまた一歩、近づいた気がするのだ。

　本来、バスレフ方式のシステムではインピーダンス特性が低音域で２山になるはずで、この谷がバスレフダクトの共振周波数となる。
ところが、５５号機をはじめとした私のLEGOスピーカーでは明確な谷がインピーダンス特性に存在しない。これをずっと疑問に思っている。
おそらく、明確な谷が無いことはバスレフダクト共振のＱ値が低く、バスレフ効率の低下を起こしているのだと考えられる。つまり低音の再生特性が低下しているのだ。これは解決しなければならない問題点である。インピーダンスの測定システムを構築したことでこの実験、評価が可能となった。
　このために評価システムを用意した。FOSTEXのエンクロージャキットP802-Eである。
これは、2014年のStereo誌８月号付録の8cm２ウェイスピーカーユニットを入れるハコだが、ユニットサイズが共通なのでDigiFi誌No.19とNo.20のペアでも装着できる。
　両者を比較すると、Stereo誌付録のFOSTEX製ユニットはペーパーコーンのウーハーでエッジがウレタン。トゥイーターは20mmで若干大きい。対してDigiFi誌付録のOlasonic製ユニットはグラスファイバーコーン、ゴムエッジのフルレンジ＋18mmソフトドームスーパートゥイーターという差異がある。（写真２４）

　エンクロージャ密閉性の影響評価実験は、エンクロージャキットP802-Eの背面にトゥイーター用のターミナルが別途設けてあるので、この止めネジを緩めて隙間を開けることでエンクロージャの密閉性を意図的に下げてインピーダンス特性がどのように変化するか測定するのだ。（写真２５）
　このP802-Eはマルチアンプドライブ用に独立したターミナルを有するが、使いにくいので配線を変更して上のターミナルをトゥイーターのHPF用コンデンサー接続端子に改造した。これでフルレンジユニットにトゥイーターを追加し、簡単にコンデンサーを交換できる。コンデンサーを付けなければフルレンジ単独動作である。
また、吸音材にはふわふわの綿状シートが入っていたが、スポンジボールに交換してエアサス・バスレフ化している。
　図５がオリジナルのインピーダンス特性である。明確な２山特性できちんとバスレフが動作していることがわかる。谷の周波数は100Hzなのでバスレフ共振周波数が100Hzであるとわかる。エンクロージャキットP802-Eの仕様では90Hzであるが、共振周波数はスピーカーユニットの影響も受けるので上昇したのだろう。２山の大きさが高い周波数に偏っていることからスピーカーユニットのfoが130Hz程度にあることが予想される。
なお、この特性測定はトゥイーターを接続していない。
　図６はターミナルの固定ネジを緩めてわずかな隙間を開けた状態でのインピーダンス特性である。驚いたことに特性が大きく変化した。
バスレフ共振周波数が120Hz程度に上昇し、Ｑ値が低下して谷が浅くなり、影響を受ける周波数範囲が広がり、山のピークも低下した。強いダンプ状態に見える。
ほんのわずかな隙間でもこれだけの影響が出るとは思わなかった。本当にバスレフ方式ではエンクロージャの密閉性が重要だと認識した。
　私は以前にはバスレフ方式では大きなバスレフダクトが開口しているのだからLEGOブロックの隙間程度の影響は出ないと考えていた。これは大きな誤りであった。
　さらにターミナルを緩めて行くと（図７）バスレフ周波数がさらに上昇してユニットのfo付近になった。だが、面白いことに谷は深くなっている。これはターミナル部分が明確な開口となり、新たな第２のバスレフダクトとして機能してきたためであろう。
　ターミナル穴を完全に開口すると（図８）、共振周波数が180Hz程度のバスレフ特性となった。２箇所の開口を持つバスレフエンクロージャとしての特性である。この場合のＱ値は再び上昇したため谷の深い２山特性に戻っている。

　図２、３に示した５５号機のインピーダンス特性は谷のないつぶれた山型であったが、これはLEGOブロックの隙間から空気が気流抵抗を伴って漏洩しているために顕著なＱダンプがかかったものと推測される。もちろんバスレフ方式はＱ値が高いほど優秀と言うわけではなく、あえてダンプドバスレフにする場合もある。だが、コンパクトスピーカーシステムで効率よく低音を出すには、できるだけＱ値を高めたいのだ。
さて、この対策はどうしたものか？・・・

　５５号機はバッフルパネルからリアパネルへの４本の貫通ボルトが特徴だが、このためバッフルパネルとリアパネルに８箇所の大穴が開いている。この穴が密閉性を大きく低下させたのだと推測できる。したがって５５号機はバスレフ効率が低下しているのだ。
　この穴を埋めるには粘土などを利用できるが、痕を残さずにきれいに除去できる方法を考えたい。また、LEGOブロック間の僅かな隙間も問題であろう。接着してしまう手段もあるが、せっかくの高い内部損失が無くなるし再利用ができなくなってしまう。
そこで、型取り用のシリコン樹脂を用いることにした。（写真２６）
これは加熱すると水飴状になり、冷えると硬化樹脂となる素材でとても具合が良い。これを用いてリアパネルの貫通穴４箇所とターミナル周辺、バッフルパネルの貫通穴を塞いでみた。（写真２７）

　この効果は十分にあった。インピーダンス特性（図９）ではつぶれた１山であった特性が明確な２山特性となりバスレフ周波数がおおよそ100Hzとなっていることがわかる。まだシールは完全ではないが、かなりバスレフ特性は改善していると考えられる。不要な空気漏洩が減り、バスレフ共振のＱ値が改善された状態である。
　周波数特性（図１０）ではオリジナルの特性と比較して、シールを強化した状態での特性は明らかに低音域特性が改善している。バスレフ周波数の100Hzでは+3dBほど強化された。

　もともとエンクロージャに加わる応力が音質にどのように影響するのかを研究しようとして始めた本機であったのだが、結局、エンクロージャ強度の必要性と密閉度の重要性を再認識する結果となった。特にコンパクトなエンクロージャでは内部の背圧もきわめて大きく、隙間からの空気漏洩の影響も大きくなる。私はこれをミニスピーカーではバスレフ方式の効果が少ないと考えていた。バスレフ方式とは背圧によりダクトを駆動するのだから、この圧力減少は効率に大きくかかわるのだ。まったく、まだまだ勉強が足りない。
だが、この失敗の経験と実践こそがLEGOスピーカー製作の真の目的なのである。
確実に昨日よりも進歩した私がいるのだ。これでLEGOスピーカーもやっと人並みの性能にすることができた！
　しかし、周波数特性を見ると高音域の減衰が大きい。フルレンジユニットとはいえ8cmでもこんなものだろう。10kHz以上は出ているのだから問題は無いだろうが、ハイレゾ聴くにはちょっと物足りないかな？・・・

　高音域の強化にはトゥイーターが欲しい。５５号機に使用した8cmフルレンジユニットはDigiFi 19号に付属していたものだが、これにはペアになるスーパートゥイーターがある。
５４号機でも使用したDigiFi 20号に付属しているトゥイーターユニットである。
このスーパートゥイーターは面白いことにコアユニットを外すことができる（写真２９）。
小さなコアユニットを専用のLEGOマウントに装着して独立型の５５号機オプショントゥイーターを造ってみよう。

　オプショントゥイーターの部品を写真３０に示す。これは図面を描かずにLEGOブロックを自由に組み合わせて現物合わせで製作した。このようなフリーの製作も楽しいものである。
　ショートホーンをデザインしたフロントベゼル（写真３１）、５５号機と合わせたブラウンのフレーム（写真３２）、配線部品（写真３３）である。このスピーカーターミナルは接続用ではなく、HPFのコンデンサー用で交換を容易にするため。接続ケーブルは直結で、本体とはＵ型端子でターミナルに接続する。

　配線作業は写真３４に示すようにトゥイーターコアユニットにコンデンサーをかえしてＵ型端子をつなぐ。Ｕ型端子による接続ではセオリーの逆相接続、または同相接続を簡単に切り替えできるメリットがある。
　トゥイーターコアユニットの固定はベゼルとフレームで挟むだけである（写真３５、３６）。フルレンジユニットなどと比べて背面の空間も必要ないし、固定強度も問題にならないので簡単だ。ただし、５５号機本体に乗せるので振動対策は必要。小さなゴム足で振動フローティングしている（写真３７）。また、写真のウレタン片を挟んでいるのは両面テープで貼り付けたターミナルのはがれ防止である。
　組み立ての完了したオプショントゥイーターを写真３８に示す。ミニサイズでカワイイできになった。

　オプショントゥイーターの追加にあたって、最適なコンデンサー容量を検討する必要がある。事前に前述したFOSTEXのエンクロージャキットに５５号機と同じスピーカーユニットを収めた実験機を使って、コンデンサー容量を変えながら周波数特性を測定してみた。
裏面上側のスピーカーターミナルをコンデンサー接続用に改造してあるので実験は容易なのだ。使用したコンデンサー容量はおおよその計算から0.68、1.0、1.5μFである。
この結果を図１１に示す。Offはトゥイーターの無い状態、1.5、1.0μFではクロス付近の落ち込みは少ないが、ハイ上がりが気になる。0.68μFではハイ上がりが抑えられてちょうど良いと感じる。5kHz付近の落ち込みは落ち着いた音調のスパイスである。フルレンジユニットの高音域を落とさないコンデンサー接続のみの簡易デバイディングネットワークなのでハイ上がりになりやすいのだ。
トゥイーターがOffの状態と比較して10kHz以上の高音域と5kHzあたりの中高音域が改善されているのが良くわかる。
　さらに、タイムドメインのスペクトラムも測定してみた。逆相接続で低音域、高音域でほぼきれいにつながっていることがわかる。
　以上からコンデンザー容量は0.68μFを選択した。-6dB/octのシンプルなHPFである。
このスーパートゥイーターは能率が88dBと高く、フルレンジユニットと6dBも異なるのでクロス周波数を高くしてつなげる算段である。
　スペクトラム図１２は一般的ではなく、見方がわかりにくいと思うので改めて説明すると、横軸が時間でインパルス応答の0から20msを示す。マイナス時間が存在するのは周波数応答からの計算シミュレーションによるため。
縦軸は周波数で50Hz～20kHzである。色彩は相対的な音圧レスポンスを表しており、赤色の方が音圧は大きい。
　注目点はクロスオーバー周波数付近の5kHzあたりであり、この部分が均一に赤色であることが望ましい。つながりが良くないと色彩が寒色に変化し、時間軸上の位置もずれる。
　周波数が下がると１波に必要な時間分布が伸びて行く（1kHzで1ms、100Hzで10ms）ので、この図はきれいな山型を描くのが正しい。いびつなのは周波数特性の乱れであり、100Hz以下の色彩が暗いのはレスポンスが無いため。
6ms付近に明らかな反射波が見られるが、これは測定マイク後方の壁からの反射（往復で約2m）である。

　完成したオプショントゥイーターシステムを５５号機本体に乗せてみる。
５５号機が一段とサイバーなデザインになった。（写真３９、４０）
　一聴したところ、明らかな高音域改善効果が得られた。このキレ味、鮮度感。もう元にはもどれない・・・。やっぱりトゥイーターは必要なのだなと感じる。

　実は今回のオプショントゥイーター製作はある実験が目的であった。それはトゥイーター設置位置の影響の確認である。だから独立型の別ケースにしたのだ。
以前、私のリポートでもトゥイーターの接続位相の問題を検討したことがあったが、この検証をしたかったのだ。
図１３の周波数特性はトゥイーター設置位置を前後に変えながら特性を測定したものだ。 結果は驚くほど変化した。これは逆相接続で、5kHz付近の特性変化で上から-1、0、1、2cmの特性で、トゥイーター前面の後退位置を示している。すなわち0cmがツライチであるが、組み立て写真を見るとわかるように実際のトゥイーターコアユニットはベゼルのショートホーンのため2cmほど後ろにある。つまりトゥイーターユニットで見れば５５号機本体表面から後ろに1cm～4cmにおける設置特性である。
　この結果を見ると、明らかに逆接続では、クロス周波数付近で特性が落ち込んでいる。-1cm設置が最も良いが、トゥイーターが前方に突き出てしまい見た目がよろしくない。
　この測定はマイク位置がメインユニットの軸上50cmなので実際のリスニングポジションとは異なるが、こんなにもトゥイーターの設置位置で周波数特性が変化するものとは予想外でとても勉強になった。これではデバイディングネットワーク定数をいくら精密に設計しても設置位置の影響を考慮しないとまったくの無意味だ。
まあ、5kHzでは逆位相がたったの3.4cmなので、このシビアさはアタリマエといえばそうなのだが、目の当たりにすると驚くものだ。本当に測定器の威力はすばらしい。恥ずかしながら、とても私の聴力だけでは良し悪しは判断できない。
　逆相接続ではうまくいかないので同相接続にして同様の周波数測定を行った。この結果、図１４に示すようにトゥイーター設置位置は同相接続で本体ツライチから2cm後退したポジョンが良好と判断した。
　この状態ではトゥイーターOffの場合と比較して15kHz以上でレスポンスに向上が得られ、5～8kHzでは落ち込みが改善してフラットに近づいている。10kHz付近にトゥイーターの特性と関係なくレスポンスが見えるが、これはフルレンジユニットの分割振動による特性ピークであり、できればLPFで落としたいものだが今回のような簡易デバイディングネットワークではやむを得ないものだ。
　タイムドメイン解析（図１５）でもスペクトラムのつながりが良好であることがわかる。
なお、参考につながりの悪い例として逆相接続の設置2cmでの特性を図１６に示す。

　オプショントゥイーターを追加した５５号機の音は高音域のクリアネスが改善され、満足のゆくものとなった。先にも述べたが、やはりトゥイーターの効果はすばらしい。アタック音のレスポンスにも寄与するので低音の音質までもが改善するのだ。
　これでやっと５５号機の完成・・・だがしかし？

（2017.1.9）